CN101304302A - 视频数据的传输方法及其系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种视频数据的传输方法和系统。所述系统包括连接在视频源、用户端之间的组播网关。所述方法包括：组播网关接收用户端的视频源请求消息，使用视频源的协议连接视频源，接收视频数据并将其转换成用户端的协议的数据封包，给数据封包添加编号，通过与视频源对应的组播地址向用户端发送数据封包，并将最近一个时间段内发送的数据封包保存到缓冲区；用户端接收数据封包后判断是否存在丢包，如果存在丢包就发送丢包反馈消息；组播网关在缓冲区查找与该编号对应的数据封包，若查找成功，就向用户端重新发送数据封包。本发明将最近发送的数据封包保存到缓冲区，在丢包时从缓冲区查找所丢失的数据封包并重发，保证了数据传输的可靠性。

Description

视频数据的传输方法及其系统

技术领域

本发明涉及计算机数据传输，更具体地，涉及视频数据的传输方法及其系统。

背景技术

在OSI(开放系统互联)的七层参考架构中，TCP(传输控制协议)和UDP(用户数据报协议)都属于第四层(传输层)的协议。TCP是基于连接的、提供可靠传输的协议。具体而言，TCP首先建立可靠的连接，然后进行数据封包的传输，TCP数据封包中包括序号和确认，接收方接收到数据封包后根据序号进行数据封包排序，并回送确认消息。如果接收方未接到数据封包，或者接收到的数据封包是损坏的，发送方还可以重发该数据封包。可以说，TCP是同类协议中最可靠的，但是，TCP需要耗用大量的资源来维持这种可靠性，从而降低了性能。

相反，UDP是不基于连接的、不提供可靠传输的协议，不提供排序、不提供确认与重发。UDP的优点在于较为简单，耗用的资源较少，性能较高；UDP的缺点在于可能存在数据封包的丢失以及顺序紊乱。

组播(multicast)，又称为多播，是一种“一对多”的通讯方式，即，一个主机可以向一个组(多播组)内的所有主机发送数据，在实际中采用一个组播地址表示一个多播组。组播过程可通过网络中的交换机和路由器实现，具体地，主机可以向路由器请求加入或退出某个多播组(用组播地址表示)，对于该组播地址发出的数据，多播组内的路由器和交换机复制数据并将数据传输给该组的所有主机。这样既能一次将数据传输给多个有需要(加入多播组)的主机，又能保证不影响其他不需要(未加入多播组)的主机的其他通讯。

与传统的基于“一对一”的传输方式相比，组播能减轻服务器(发送方)的负担，不会给网络造成很大的负载。但是，因为组播传输是“一对多”的方式，而不同的接收方会存在不同的延迟、不同的数据封包接收顺序，所以使用TCP进行组播传输是不现实的。现有的组播都是采用UDP。

应用最为广泛的一种组播类型是组播视频，包括分布式显示、视频监控、视频会议平台等。如上所述，由于现有的组播视频采用了不可靠的UDP协议，从而不能保证数据传输的可靠性，容易造成数据封包的丢失，导致视频播放过程中出现画面停顿、花屏等现象。

发明内容

本发明的一个发明目的是提供一种能够保证数据传输的可靠性的视频数据的传输方法。

为实现该发明目的，本发明提供的视频数据的传输方法包括以下步骤：组播网关接收用户端的视频源请求消息，所述视频源请求消息包括视频源的地址、视频源的协议、用户端的协议；所述组播网关使用所述视频源的协议连接所述视频源，接收所述视频源的视频数据；所述组播网关将所述视频数据转换成所述用户端的协议的数据封包，给所述数据封包添加编号；所述组播网关通过与所述视频源对应的组播地址向所述用户端发送所述数据封包，并将所发送的所述数据封包保存到缓冲区；所述用户端接收所述数据封包，根据所述编号判断是否存在数据封包丢失，如果存在，就向所述组播网关发送丢包反馈消息，所述丢包反馈消息包括视频源的地址、所丢失的数据封包的编号；所述组播网关接收所述丢包反馈消息，在所述缓冲区查找与所述编号对应的数据封包，若查找成功，就向所述用户端重新发送所述数据封包。

与现有的视频数据的传输方法相比，本发明提供的视频数据的传输方法缓存最近发送的数据封包，并接收用户端的丢包反馈消息，从所缓存的数据封包中查找到所丢失的数据封包并重新向用户端发送，有效地保证了数据传输的可靠性，避免了因为数据封包丢失而出现画面停顿、花屏现象。

优选地，所述通过组播地址发送数据封包的步骤之前，还包括：判断是否存在与所述视频源对应的组播地址，若不存在，就创建与所述视频源对应的组播地址，并将所述组播地址发送给所述用户端。

优选地，所述用户端通过基于连接的TCP协议发送所述丢包反馈消息，所述组播网关通过TCP协议向所述用户端重新发送所述数据封包。由于TCP是基于连接的、提供可靠传输的协议，因此，该优选方案中，能保证丢包反馈消息、重发的数据封包的可靠传输。

优选地，所述步骤还包括：所述组播网关根据所述丢包反馈消息计算单位时间内的丢包率，若所述丢包率＞预设的最大阈值，所述组播网关就逐级减小所述数据封包的封包时间间隔或者封包大小，直到所述丢包率≤所述最大阈值为止。若网络负载过高导致丢包率超出预设阈值时，该优选方案可通过减少封包的时间间隔以及封包大小来降低丢包率，使丢包率满足预设的要求。

优选地，所述步骤还包括：若所述丢包率＜超出预设的最小阈值，所述组播网关就逐级增加所述数据封包的封包时间间隔或者封包大小，直到所述丢包率≥所述最小阈值为止。该优选方案中，在网络通信质量较高时，适当提高封包的时间间隔和封包大小，从而提高组播效率。

相应地，本发明的另一个发明目的在于提供一种能保证数据传输的可靠性的视频数据的传输系统。

为实现该发明目的，本发明提供的视频数据的传输系统包括连接在视频源(1)与用户端之间的组播网关，所述组播网关包括：接收模块，用于接收所述用户端的视频源请求消息，所述视频源请求消息包括视频源的地址、视频源的协议、用户端的协议，所述接收模块还用于使用所述视频源的协议连接所述视频源，接收所述视频源的视频数据；与所述接收模块连接的协议转换模块，用于将所述视频数据转换成所述用户端的协议的数据封包并给所述数据封包添加编号；与所述协议转换模块连接的组播模块，用于通过与所述视频源对应的组播地址向所述用户端发送所述数据封包，并将最近一个时间段内发送的所述数据封包保存到缓冲区；与所述组播模块连接的丢包处理模块，用于接收所述用户端发送的丢包反馈消息，所述丢包反馈消息包括视频源的地址、所丢失的数据封包的编号，所述丢包处理模块还用于在所述缓冲区查找与所述编号对应的数据封包，若查找成功，就通过所述组播模块向所述用户端重新发送所述数据封包。

与现有的视频数据的传输系统相比，本发明提供的组播网关的组播模块缓存最近发送的数据封包，通过丢包处理模块接收用户端的丢包反馈消息并从所缓存的数据封包中查找到所丢失的数据封包以及重新向用户端发送，有效地保证了数据传输的可靠性，避免了因为数据封包丢失而出现屏幕停顿、花屏现象。

优选地，所述组播模块还用于判断是否存在与所述视频源对应的组播地址，以及在不存在所述组播地址时创建所述组播地址，并将所述组播地址发送给所述用户端。

优选地，所述用户端通过基于连接的TCP协议发送所述丢包反馈消息，所述组播模块通过TCP协议向所述用户端重新发送所述数据封包。

优选地，所述丢包处理模块还用于根据所述丢包反馈消息计算单位时间内的丢包率；所述协议转换模块还用于在所述丢包率＞预设的最大阈值时逐级减小所述数据封包的封包时间间隔或者封包大小，直到所述丢包率≤所述最大阈值为止。

优选地，所述协议转换模块还用于在所述丢包率＜超出预设的最小阈值时逐级增加所述数据封包的封包时间间隔或者封包大小，直到所述丢包率≥所述最小阈值为止。

附图说明

图1是本发明提供的视频数据的传输方法流程图；

图2是本发明提供的视频数据的传输系统架构图；

图3是本发明的一个实施例采用的视频请求消息的结构示意图；

图4是本发明的一个实施例中视频数据经协议转换模块转换后得到的数据封包的结构示意图；

图5是本发明的一个实施例采用的丢包反馈消息的结构示意图；

图6是本发明的一个实施例的视频数据的传输流程。

具体实施方式

图1是本发明提供的视频数据的传输方法流程图。

如图1所示，在步骤S100中，组播网关接收用户端的视频源请求消息，图3是本发明的一个实施例采用的视频请求消息的结构示意图。视频源请求消息包括视频源的地址、连接视频源所需要的协议、用户端使用的协议等。视频源常用的协议包括TCP、RTSP、HTTP、RTSP、MMS等；而用户端采用的协议通常是UDP，或者其他用户自定的可用于组播的通信协议。

接着，步骤S102中，组播网关使用对应的协议连接视频源，接收视频源的视频数据。视频源包括但不限于远程视频文件流、本地模拟信号视频源。组播网关内置有多种连接协议以连接视频源，或者通过插件或扩展的方式来扩展连接协议种类以连接各种类型的视频源。

步骤S104中，组播网关将视频数据转换成用户端的协议的数据封包，给数据封包添加编号，图4是本发明的一个实施例采用的数据封包的结构示意图。因为在组播环境中用户端通常采用UDP协议，所以组播网关在该步骤中将视频数据转换成UDP协议格式的数据封包，数据封包中具有编号，该编号用于后续的丢包反馈处理。

步骤S106中，组播网关通过与该视频源对应的组播地址向用户端发送数据封包，并将所发送的数据封包保存到缓冲区。一般而言，缓冲区的存储空间是有限的，因此，在实际运行中，在缓冲区耗尽之时，会使用最新发送的数据封包覆盖最先保存的数据封包，即，步骤S106相当于存储最近一个时间段内发送的数据封包，该时间段的长短取决于缓冲区的容量、网络质量、通信质量要求等。一个视频源与一个组播地址对应，一个组播地址与一个多播组对应，从而实现了通过组播地址将一个视频源的数据组播给组内的各个成员。将最近一段时间内组播的数据封包缓存到缓冲区，主要是为了在后续的丢包处理时重发数据封包。

步骤S108中，用户端接收数据封包。接着，在步骤S110中根据编号判断是否存在数据封包丢失，如果存在丢包，处理流程就进入步骤S112。

步骤S112中，用户端向组播网关发送丢包反馈消息，丢包反馈消息包括组播信息以及所丢失的数据封包的编号等，组播信息可包括视频源的地址、类型等。图5是本发明的一个实施例采用的丢包反馈消息的结构示意图。

步骤S114中，组播网关接收丢包反馈消息后，在缓冲区查找与编号对应的数据封包，若查找成功，就向用户端重新发送数据封包。从而完成可靠地完成了组播，如步骤S116所述。

显然，在上述的步骤S110中，若用户端根据编号发现已经接收到有关的数据包且数据包完整，这就说明不存在丢包，流程可直接进入步骤S116。

作为一种改进，在步骤S106中，组播网关通过组播地址发送数据封包的步骤之前，还可以先判断是否存在与视频源对应的组播地址，若不存在，就创建与视频源对应的组播地址，并将组播地址发送给用户端。之后，其他用户端对该视频源的请求，都可以通过该组播地址来完成视频的组播。

作为一个优选方案，用户端通过基于连接的TCP协议发送丢包反馈消息，组播网关通过TCP协议向用户端重新发送数据封包。因为TCP是提供可靠传输的协议，通过TCP协议发送丢包反馈消息以及重发对应的数据包，实现了可靠的传输。

作为一种改进，组播网关还根据丢包反馈消息计算单位时间内的丢包率d，若丢包率d＞预设的最大阈值D1，这说明网络通信质量不够好。为了适当提高通信质量，减少丢包率，组播网关可逐级减小数据封包的封包时间间隔或者封包大小，直到丢包率d≤最大阈值D1为止。本领域的技术人员应当意识到，在码流固定的情况下，减小数据封包的大小，数据封包的时间间隔也会相应减小，反之，减小数据封包的时间间隔，数据封包的大小也会相应减小。也就是说，减小数据封包的大小与减小数据封包的时间间隔，本质上是一样的。

类似地，作为另一种改进，若丢包率d＜超出预设的最小阈值D2，这说明组网络通信条件良好且空闲资源充裕，为了有效地利用网络通信资源、提供通信效率，组播网关可逐级增加数据封包的封包时间间隔或者封包大小，直到丢包率d≥最小阈值D2为止。上述的最大阈值D1、最小阈值D2是预设的，或者自适应的，即根据通信质量的要求、网络通信质量等参数进行自适应。

图2是本发明提供的视频数据的传输系统架构图。如图2所示，该视频数据的传输系统包括连接在视频源1与用户端3之间的组播网关2，视频源1可以是网络视频源，也可以是本地模拟视频信号如模拟电视信号等，而组播网关2包括接收模块21、协议转换模块23、组播模块25以及丢包处理模块27。

接收模块21用于接收用户端3的视频源请求消息，图3是本发明的一个实施例采用的视频源请求消息的结构示意图。如图3所示，视频源请求消息包括视频源1的地址、视频源1的协议、视频源1的通道、用户端的协议、连接视频源所需的用户名与密码等。接收模块21接收到视频源请求消息后，使用视频源的协议连接视频源1，接收视频源1的视频数据。接收模块21可以内置常用的协议，例如兼容组播或者单播TCP协议，也可以通过外部插件22的方式来调用协议，或者通过插件22来扩大协议种类以支持更多的协议。

协议转换模块23与接收模块21连接，用于将视频数据转换成用户端的协议的数据封包并给数据封包添加编号。类似地，可以通过插件24使协议转换模块23支持更多的协议。图4是本发明的一个实施例采用的数据封包的结构示意图，如图4所示，该数据封包包括包类型、编号、长度以及视频数据等。

组播模块25与协议转换模块23连接，用于通过与视频源对应的组播地址向用户端发送数据封包，并将所发送的数据封包保存到缓冲区26。如上所述，由于缓冲区26的存储空间是有限的，在存储空间耗尽时，就需要覆盖最先保存的数据封包，即，本质上是缓存了最近一个时间段内发送的数据封包。

用户端3接收到上述数据封包之后，根据编号判断是否存在数据包丢失，如果存在丢包，就发送丢包反馈消息。而与组播模块25连接的丢包处理模块27可用于接收用户端3发送的丢包反馈消息。图5是本发明的一个实施例采用的丢包反馈消息的结构示意图，如图5所示，丢包反馈消息包括视频源的地址、组播信息(视频源IP地址、端口等)、所丢失的数据封包的编号等。组播模块25接收到丢包反馈消息后，在缓冲区查找与编号对应的数据封包，若查找成功，就通过组播模块25向用户端重新发送数据封包。

作为一种改进，组播模块25还用于判断是否存在与视频源对应的组播地址，以及在不存在组播地址时创建组播地址，并将组播地址发送给用户端3。

类似地，用户端3通过基于连接的TCP协议发送丢包反馈消息，组播模块25通过TCP协议向用户端重新发送数据封包。

类似地，丢包处理模块27还用于根据丢包反馈消息计算单位时间内的丢包率d；协议转换模块23还用于在丢包率d＞预设的最大阈值D1时逐级减小数据封包的封包时间间隔或者封包大小，直到丢包率≤最大阈值为止。协议转换模块23还用于在丢包率d＜超出预设的最小阈值D2时逐级增加数据封包的封包时间间隔或者封包大小，直到丢包率d≥最小阈值D2为止。

作为一种替换组播系统，可以通过接收模块21接收进入组播网关2的数据，包括来自视频源1的视频数据、来自用户端3的视频源请求消息、丢包反馈消息，然后，再将不同的数据转交给不同的功能模块进行处理。在这种方案中，接收模块21接收到用户端3的数据之后，首先判断数据类型。如图3、图5所示，可通过“包类型”字段来标识消息的类型，例如，包类型为0表示视频源请求消息，包类型为1表示丢包反馈消息。图6为该替换的组播系统的流程图。

如图6所示，步骤S300中，接收用户端3发送的消息。接着，步骤S301中，判断所接收的消息的类型，若为视频源请求消息就进入步骤S302。

步骤S302中，接收模块21匹配视频源的连接协议，若匹配失败，就意味着接收模块21不支持所请求的视频源，流程进入步骤S307通过用户端3连接失败；若匹配成功，流程进入步骤S303。

步骤S303中，接收模块21连接视频源1，若连接失败，流程同样进入上述步骤S307；若连接成功，就接收视频数据，流程进入步骤S304。

步骤S304中，协议转换模块23转换视频数据，具体地，根据用户端3的协议转换视频数据的封装格式，然后在步骤S305中通过组播模块25将封装后的数据封包组播给用户端3。

在上述的步骤S300中，若所接收的消息为丢包反馈消息，则流程进入步骤S306进行丢包反馈处理，在步骤S306中，丢包处理模块27根据丢包的编号在缓冲区查询对应的数据封包，若查找成功，流程进入步骤S308将丢失的数据封包重发给用户端3；否则，流程进入步骤S309通知用户处理，丢包处理失败。

以上所述的本发明实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1、一种视频数据的传输方法，其特征在于，包括以下步骤：

组播网关接收用户端的视频源请求消息，所述视频源请求消息包括视频源的地址、视频源的协议、用户端的协议；

所述组播网关使用所述视频源的协议连接所述视频源，接收所述视频源的视频数据；

所述组播网关将所述视频数据转换成所述用户端的协议的数据封包，给所述数据封包添加编号；

所述组播网关通过与所述视频源对应的组播地址向所述用户端发送所述数据封包，并将所发送的所述数据封包保存到缓冲区；

所述用户端接收所述数据封包，根据所述编号判断是否存在数据封包丢失，如果存在，就向所述组播网关发送丢包反馈消息，所述丢包反馈消息包括所丢失的数据封包的编号；

所述组播网关接收所述丢包反馈消息，在所述缓冲区查找与所述编号对应的数据封包，若查找成功，就向所述用户端重新发送所述数据封包。

2、根据权利要求1所述的视频数据的传输方法，其特征在于，所述通过组播地址发送数据封包的步骤之前，还包括：判断是否存在与所述视频源对应的组播地址，若不存在，就创建与所述视频源对应的组播地址，并将所述组播地址发送给所述用户端。

3、根据权利要求1或2所述的视频数据的传输方法，其特征在于，所述用户端通过基于连接的TCP协议发送所述丢包反馈消息，所述组播网关通过TCP协议向所述用户端重新发送所述数据封包。

4、根据权利要求3所述的视频数据的传输方法，其特征在于，所述步骤还包括：所述组播网关根据所述丢包反馈消息计算单位时间内的丢包率，若所述丢包率＞预设的最大阈值，所述组播网关就减小所述数据封包的封包大小，直到所述丢包率≤所述最大阈值为止。

5、根据权利要求4所述的视频数据的传输方法，其特征在于，所述步骤还包括：若所述丢包率＜超出预设的最小阈值，所述组播网关就增加所述数据封包的封包大小，直到所述丢包率≥所述最小阈值为止。

6、一种视频数据的传输系统，包括连接在视频源(1)与用户端(3)之间的组播网关(2)，其特征在于，所述组播网关(2)包括：

接收模块(21)，用于接收所述用户端(3)的视频源请求消息，所述视频源请求消息包括视频源(1)的地址、视频源的协议、用户端的协议；所述接收模块(21)还用于使用所述视频源的协议连接所述视频源(1)，接收所述视频源(1)的视频数据；

与所述接收模块(21)连接的协议转换模块(23)，用于将所述视频数据转换成所述用户端的协议的数据封包并给所述数据封包添加编号；

与所述协议转换模块(23)连接的组播模块(25)，用于通过与所述视频源对应的组播地址向所述用户端发送所述数据封包，并将所发送的所述数据封包保存到缓冲区；

与所述组播模块(25)连接的丢包处理模块(27)，用于接收所述用户端(3)发送的丢包反馈消息，所述丢包反馈消息包括所丢失的数据封包的编号；所述丢包处理模块(27)还用于在所述缓冲区查找与所述编号对应的数据封包，若查找成功，就通过所述组播模块(25)向所述用户端重新发送所述数据封包。

7、根据权利要求6所述的视频数据的传输系统，其特征在于，所述组播模块(25)还用于判断是否存在与所述视频源对应的组播地址，以及在不存在所述组播地址时创建所述组播地址，并将所述组播地址发送给所述用户端(3)。

8、根据权利要求6或7所述的视频数据的传输系统，其特征在于，所述用户端(3)通过基于连接的TCP协议发送所述丢包反馈消息，所述组播模块(25)通过TCP协议向所述用户端重新发送所述数据封包。

9、根据权利要求8所述的视频数据的传输系统，其特征在于：所述丢包处理模块(27)还用于根据所述丢包反馈消息计算单位时间内的丢包率；所述协议转换模块(23)还用于在所述丢包率＞预设的最大阈值时减小所述数据封包的封包大小，直到所述丢包率≤所述最大阈值为止。

10、根据权利要求9所述的视频数据的传输系统，其特征在于：所述协议转换模块(23)还用于在所述丢包率＜超出预设的最小阈值时增加所述数据封包的封包大小，直到所述丢包率≥所述最小阈值为止。

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